第7章聚乙烯醇纤维
PVA聚乙烯醇纤维合成[1]
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聚乙烯醇（pva）纤维合成及生产工艺第一章概述一、聚乙烯醇纤维的发展概况聚乙烯醇（PVA）纤维是合成纤维的重要品种之一，其常规产品是聚乙烯醇缩甲醛纤维，国内简称维尼纶或维纶。
产品以短纤维为主。
1924年，德国的Hermann和Haehnel合成出聚乙烯醇，并用其水溶液经干法纺丝制成纤维。
随后，德国的Wacker公司生产出用于手术缝合线的聚乙烯醇纤维。
1939年以后，日本的樱田一郎、朝鲜的李升基等人，采用热处理和缩醛化的方法成功地制造出耐热水性优良、收缩率低、具有实用价值的聚乙烯醇纤维。
但由于第二次世界大战的干扰，直到1950年，不溶于水的聚乙烯醇纤维才实现工业化生产。
我国第一个维尼纶厂建成于1964年，随后又兴建了一批年产万吨的维尼纶厂。
生产聚乙烯醇纤维的国家还有日本、朝鲜等少数国家。
由于聚乙烯醇纤维染色性差、弹性低等缺点不易克服，近年来在服用领域不断萎缩。
但在工农业、渔业等方面的应用却有所增加。
另外装饰用、产业用纤维和功能性纤维的比例也在逐步增大。
二、聚乙烯醇纤维的性能聚乙烯醇纤维外观形状接近棉，但强度和耐磨性都优于棉。
用50／50的棉／维混纺织物，其强度比纯棉织物高60％，耐磨性可以提高50％～100％。
聚乙烯醇纤维密度约比棉花轻20％，用同样重量的纤维可以纺织成较多相同厚度的织物。
聚乙烯醇纤维在标准条件下的吸湿率为4.5％～5.0％，在几大合成纤维品种中名列前茅。
由于导热性差，聚乙烯醇纤维具有良好的保暖性。
另外，聚乙烯醇纤维还具有很好的耐腐蚀和耐日光性。
聚乙烯醇纤维的主要缺点是染色性差，染着量较低，色泽也不鲜艳，这是由于纤维具有皮芯结构和经过缩醛化使部分羟基被封闭了的缘故。
另外，聚乙烯醇纤维的耐热水性较差，在湿态下温度超过110～115℃就会发生明显的收缩和变形。
聚乙烯醇纤维织物在沸水中放置3～4h后会发生部分溶解。
再有，聚乙烯醇纤维的弹性不如聚酯等其它合成纤维，其织物不够挺括，在服用过程中易发生折皱。
高聚物合成工艺-第七章 溶液聚合
介质pH值
pH<4，NaSCN易分解，生成的硫化物有阻聚和链转 移作用，pH＞7，CN水解，生成NH3，又会与聚 丙烯腈作用生成共轭双键并形成脒基而显黄色，故 控制pH值在4.8～5.2。
引发剂和分子量调节剂
常用偶氮二异丁腈，分子量调节剂异丙醇，用量为 0.2%～0.8%和0～3％。
浅色剂二氧化硫脲
7.5.2 聚丙烯腈结构、性能和应用
• 白色粉末，密度1.14g/cm3,大分子链中丙烯腈以头 －尾相连。由于主链强极性侧基－CN的相互作用， 分子呈无规结构，不易结晶，一般认为有三种不同 的聚集区域，非晶的低序区、非晶的中序区和准晶 的高序区。
• 聚丙烯腈具有独特物理和化学结构，呈某些特性。 热弹性
聚合时间与温度
聚合时间的长短会影响聚合转化率，聚合物 的分子量及其分布。聚合温度的影响也极大。 温度低，引发速度慢，温度高，则产物的颜色 太深。同时温度的高低还会影响转化率和分子 量。通常聚合时间为1～2小时，聚合温度控 制在35～55℃。
添加剂及杂质
加入少量表面活性剂，可提高聚合反应的初速度。 “NaClO3－Na2SO3”体系聚合时，加入Fe2＋可 加速聚合。氧等杂质起到阻聚作用。
= Xn0
+ CS [M]
7.2.3 溶剂对聚合物分子结构、形态的影响
• 在无溶剂存在的自由基聚合反应中，随单体转化 率增高和聚合物浓度的增大，自由基向已生成的 大分子链进行链转移的几率增多，因此产生支链 结构。在溶剂存在的反应体系中，可降低向大分 子进行链转移的机会，从而减少大分子的支链， 降低支化度。
二氧化硫脲的加入量为0.5～1.2％，可改善聚合物色 泽。
7.5.1.3 聚丙烯腈水相沉淀溶液聚合工艺
• 水相沉淀的特点及工艺流程
水溶性聚乙烯醇纤维的应用论文
水溶性聚乙烯醇纤维的应用论文摘要聚乙烯醇纤维，是一种仿棉型的纤维。
早些年，由于维纶强力偏低，价格又高于丙纶等常规合成纤维，限制了其发展。
近年来，水溶性聚乙烯醇纤维--溶性纤维的开发成功，为维纶的使用开拓了一片新的疆土，已被广泛地应用于纺织、轻工、农业、军事、医药等领域。
随着人们环保意识的不断增强，无毒、无污染并可水解的环保型水溶性纤维的应用得到逐渐普及，对这种纤维的研制开发也不断地深入，其应用十分广泛。
关键词：水溶性聚乙烯醇纤维概念特征应用概述（一）定义：水溶性聚乙烯醇纤维指能在水中溶解或遇水缓慢水解成水溶性分子(或化合物)的纤维，是一种很有价值的功能性差别化纤维。
水溶性纤维即是可溶于水的纤维状物质。
其纤维形状可粗可细、可长可短。
有超短纤、短纤、长丝等不同品种，亦有超细水溶纤维，线密度在O．1—1．Odtex之间。
纤维在水中溶解(或丝溶化)，有一定温度要求，所以按水溶温度来衡量水溶纤维的水溶性，并以此区别不同的品种和类别。
未经醛化的维纶纤维即聚乙烯醇(PVA)纤维，因其分子链中含有大量的新水基团——羟基(-OH)，故其具备水溶性能。
在合成纤维中，PVA纤维是唯一可以水溶的纤维。
（二）水溶性纤维的特性：水溶性纤维一般在加工和使用过程中的某一阶段被溶去，以达到某种效果。
因此应具有下列特征：1．在一般温度下就能充分溶解于水；2．在中等湿度的空气中不发生粘并，有较好的稳定性；3．物理机械性能要求不高，但一般要有一定的强度和延伸度。
水溶性纤维的水溶机理水溶性PVA纤维的溶解过程包括膨润和溶解分散两大过程。
将水溶性PVA纤维放在一定温度的热水中，随着水温的提高，纤维逐步膨润，随之产生收缩。
当水温继续提高，纤维轴方向达到最大收缩率时，纤维就被溶断成胶状片断，进一步提高水温或延长处理时间，则PVA就以分子形式溶解分散而称为均匀的溶液。
纤维的膨润可看作组成纤维的高分子与溶剂的结合，即由溶剂化产生的局部溶解。
纤维膨润时，溶剂渗入非晶区，纤维方向的伸度小，而纤维径向的尺寸增大较大，膨润时一般呈现各向异性。
聚乙烯醇纤维膜溶胀__概述说明以及解释
聚乙烯醇纤维膜溶胀概述说明以及解释【1. 引言】1.1 概述：聚乙烯醇纤维膜溶胀是一种常见且重要的现象，在材料科学和工程领域具有广泛的应用。
溶胀是指在特定条件下，聚乙烯醇纤维膜与其周围介质发生相互作用，导致膜的体积增大的过程。
随着近年来对功能性材料的需求增加，对聚乙烯醇纤维膜溶胀行为及其机制的研究也日益受到关注。
1.2 文章结构：本文将首先对聚乙烯醇纤维膜溶胀进行定义和原理解释，重点阐述溶胀现象发生的基本原理和相关概念。
接着，将深入分析影响聚乙烯醇纤维膜溶胀行为的关键因素，并探讨其应用领域。
然后，本文将详细介绍实验方法并进行结果分析和数据展示。
此外，还将解析聚乙烯醇纤维膜溶胀机制，并讨论化学反应与物理作用对溶胀机制的影响。
最后，本文将对研究进行总结，并提出未来研究方向的展望。
1.3 目的：本文旨在全面了解聚乙烯醇纤维膜溶胀行为及其机制，揭示与聚乙烯醇纤维膜溶胀相关的关键因素和应用领域，并通过实验方法和结果分析验证溶胀现象。
同时，通过探究分子层次解释、化学反应与物理作用以及动力学参数等方面，深入解析聚乙烯醇纤维膜溶胀机制。
最后，总结文章并提出对未来研究方向的展望，为进一步深入研究聚乙烯醇纤维膜溶胀提供参考。
【结束】2. 聚乙烯醇纤维膜溶胀：2.1 定义和原理解释聚乙烯醇纤维膜溶胀是指聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，简称PVA）纤维膜在接触溶剂或者水时发生体积膨胀的现象。
PVA是一种具有良好成膜性能和可调控性的高分子材料，因其独特的水溶性和亲水性，在许多应用领域具有广泛的运用前景。
在纤维膜溶胀过程中，PVA分子链与溶剂中的分子发生相互作用，导致分子之间的距离增大从而使整个纤维膜体积增大。
这种体积变化是由于PVA分子链之间形成氢键交联结构，并与溶剂中的水或其他极性物质形成氢键结合所引起的。
根据休斯顿抗拉弹簧模型可以解释这种现象，即当PVA与溶剂接触时氢键会被断开，但在干燥环境下重新形成。
高强高模聚乙烯醇纤维说明
高强高模聚乙烯醇纤维说明兰州宏颖新材料开发公司高强高模聚乙烯醇纤维说明高强高模聚乙烯醇纤维简称（高强高模PV A纤维）是一种具有高抗拉强度、高杨氏模量、高耐碱性的合成纤维，该纤维是密度大、直径小，许多性能都优于其它合成纤维，同时对水泥、石膏等基材具有极强的亲和力。
一高强高模聚乙烯醇纤维的技术指标项目指标纤维直径(dtex) 2.0±2 （12±2μm）抗拉强度(cn/dtex) ≧ 11 (1428MPa)杨氏模量（cn/dtex）≧ 290 (37.9GPa)断裂伸度（%） 6～8密度（g/cm3） 1.3耐热水性（o C）≧ 104干热软化点（o C）≧ 216二不同有机纤维的物理力学性能三高强高模聚乙烯醇纤维应用我们只需要在水泥、石膏等基材中均匀加入0.3%～0.5%的高强高模聚乙烯醇纤维及少量的高分子聚合物，我们就可以有效的改变水泥、石膏等基材的脆性、消除这些基材在水化过程中产生的裂纹。
由于纤维的存在既消耗了能量又缓解了应力，阻止裂纹进一步发展，起到了阻断裂缝的作用，所以在水泥、石膏制品内掺入少量高强高模聚乙烯醇纤维，可以达到：1 、提高基体的抗拉强度。
2 、阻止基体原有缺陷裂缝的扩展，并延缓新裂缝的出现，提高耐水性、抗渗性、抗冻性。
3 、提高基体的变形能力，从而改善其韧性和抗冲击能力。
四、应用领域：1、大体积砂浆/混凝土浇筑2、工业及民用建筑的屋顶处理，地下室防水，内外墙薄抹灰砂浆3 、粉体建材、抗裂砂浆、保温砂浆、粉刷石膏、粉刷腻子、嵌缝腻子4 、道路、桥梁、高速公路的路面及护栏5 、水坝、水池、停车场、飞机跑道及停机坪等混凝土浇筑。
6 、隧道、矿井、地铁、边坡面等喷射混凝土7、沿海滩涂、堤坝、盐碱地带、化工腐蚀场地。
8、混凝土构件、欧式构件、城市艺术雕塑、预应力砼管、板材9、轻质隔墙板、GRC板、保温板、装饰板、FC板。
聚乙烯醇纤维
三、水溶性纤维的应用
与其它纤维混纺，纺织加 工后溶出水溶性纤维，可 以制得高支、轻薄的高档 纯毛面料，高档麻织品； 用水溶性纤维作纬纱织造 后在热水中溶去纬纱，制 成无纬毛毯； 水溶性非织造布可以作为 服装行业绣花的基布，加 工完后在热水中处理掉基 布，可保留绣制的花型。
第七节 高强度聚乙烯醇纤维
第二节 聚乙烯醇的制备及性质
游离态的乙烯醇不能单独存在，会自发的 进行重排转变为乙醛。
H 2C CH OH H C C 3 O H
所以用醋酸乙烯为单体进行聚合，然后将 制得的聚醋酸乙烯进行醇解，制得聚00度，气相反 应，催化剂：醋酸锌
(1)乙炔法 电石乙炔法：
缺点：
染色性差、耐热水性差、尺寸稳定性差。 在湿态下温度超过110～115℃就会发生明 显的收缩和变形。聚乙烯醇纤维织物在沸 水中放置3～4h 后会发生部分溶解。
聚乙烯醇纤维的弹性不如聚酯等其它合成 纤维，其织物不够挺括，在服用过程中易 发生折皱。
作为服用纤维很少，主要用于工业、农业、 渔业： ①纤维增强材料：塑料用增强材料、代替 石棉作水泥石棉板、建筑陶瓷。 ②渔网、绳索、帆布。 ③水溶纤维：基布、高性能纱线。 ④仓装材料：具有良好的耐日光性、耐气 候性、强度高、耐磨性好。
PVA大分子中侧羟基可 形成分子间或分子内氢 键，使分子间作用力增 大，在纺丝成形和后拉 伸过程中聚乙烯醇大分 子由折叠链向伸直链的 转变过程更加困难。因 此如何解决这一问题是 制备高性能聚乙烯醇纤 维的关键技术之一。
制备方法
纺丝原液中加入硼酸 在PVA/水纺丝原液中加入硼酸，使其与PVA 形成交联结构，抑制PVA分子内或分子间氢 键的形成以及减小大分子缠结程度等。制 成强度约13cN/dtex、耐120℃热水的高强 度PVA纤维。 水洗时结合在PVA纤维上的硼酸很容易被除 去。
高强度高弹性率聚乙烯醇纤维的制造方法
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２１ ０ １年第 ３ １卷第 ２期
王大仁译．高强 度高弹性率聚 乙烯醇纤维的制造 方法
５ ７
个指 标需达 到 ， 并要 求共 同满足两 个指标 。 在制 造 这 样 的 高 强 度 高 弹 性 率 纤 维 时 ， 对
Ｐ Ａ来说 ， Ｖ 就需 要溶 解性好 的溶剂 ， 并且 还要 能进
方法纺制成凝胶纤维 ， 再进行拉伸以制得高强度 高弹性率 的聚 乙烯 醇 纤 维 ， 进 行 拉伸 以制 得 高 再
强 度高弹 性率 的聚 乙烯醇纤维 的制造方 法 。 （ ） 利 申请 范 围的第 ｌ 中 ， ２专 项 所得 的凝胶 纤
维应是透 明的。
２ 发 明 的 详细 说 明
２ １ 以往 的技 术 ．
纺丝条件很难。其理 由在于 ： 凝胶纺丝一般都要 经过 干 、 法纺丝 过程 ， 湿 而在凝 胶 纺丝条 件 中湿 法 纺丝 时 ， 喷丝 头 附 近 聚 合 物溶 液 会凝胶 化而 不 在 可 能进行纺 丝 。 ２ ２ 本发 明拟解 决的 问题点 ． 正如 以上 所 述 ， ＭＳ Ｄ Ｏ对 Ｐ Ａ来 说 是 一种 好 Ｖ 溶剂 ， 能用 Ｐ Ａ制成高强度高弹性率的纤维 ， Ｖ 但 是有关有可能制造 出高强高弹纤维 的凝胶纺丝的 文 献记载却 没 有找 到 ， 因此 除 了这 点外 就 认 为没 有 用 Ｄ Ｏ进 行凝 胶纺 丝 的条件 了 。 ＭＳ 本发 明者是 以 Ｄ Ｓ Ｍ Ｏ为 溶剂对 凝 胶化 纺丝进 行 的研究 ， 为可 以进行 凝 胶化 纺丝 ， 以制得 高 认 可 强 度高 弹性率 的纤维 ， 从而 完成 了本 项发 明。 本项 发 明的首要 目标 就是 用 聚 合度 １５０以 ０ 上的 Ｐ Ａ 溶解在以 Ｄ Ｓ Ｖ ， Ｍ Ｏ为主成分的溶剂中， 将 该 Ｐ Ａ溶 液在 ２ Ｖ ５℃ 以下 的凝 固浴 中采 用 于 、 湿 法纺丝方法进行凝胶纺丝纺制 出凝胶纤维 ， 之后 再进行拉伸 ， 提出了以此为特征 的高强高弹 Ｐ Ａ Ｖ 纤维的制造方法 。本发明的第二个 目标则是上述 的凝胶纤 维事实 上应 该是 透 明 的。 ２ ３ 解 决 问题 要点所 采取 的 手段 ． 本发 明高强 度 高 弹 性 率纤 维要 求 强 度 为 （５ １ ２ ）／ ０ ｇｄ以上 ， 弹性 率为 （０ ４０ ｇａ以上 ， ３０～ ０ ）／ 单
聚乙烯醇纤维ppt课件
（2）化学性质 聚乙烯醇主链大分子上有大量仲羟基，在化学性质方面有许多与纤维素
相似之处。聚乙烯醇可与多种酸、酸酐、酰氯等作用，生成相应的聚乙烯醇 的酯。但其反应能力低于一般低分子醇类。
聚乙烯醇纤维的生产工艺
• 一、生产和流程 • 一、纺丝原液的制备 • 目前大规模生产中都以水为溶剂配制聚乙烯醇（PVA）纺丝原液，其
工艺流程如下： • PVA →水洗 →脱水→精PVA →溶解 →混合 →过滤 →脱泡 →纺丝原
液 • 二、纺丝成形 • 聚乙烯醇纤维既可采用湿法纺丝成形，也可采用干法纺丝成形。一般
• ~~~~CH2-CHOH-CHOH-CH2-CH2-CH2-CHOH~~~~~~头头连接
•
聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度（分子量25～30万）、高聚合度（分
子量17－22万）、中聚合度（分子量12～15万）和低聚合度〔2．5～3.5万〕。
醇解度一般有78%、88%、98%三种。部分醇解的醇解度通常为87%～89%，完全
• H2C=CH2 + CH3COOH + 1/2O2 —→H2C=CH + H2O
•
∣
•
OCOCH3
• 以上所得醋酸乙烯是一种无色透明液体，易流动，挥发性强，略有毒性，对人体皮肤 和眼睛有刺激作用，微溶于水，溶于甲醇、乙醇和乙醚等普通有机溶剂。
2．醋酸乙烯聚合
• 在紫外线、γ射线、X射线等作用下，醋酸乙烯容易发生自由基型聚合反应。 十分纯净的醋酸乙烯在无氧情况下仅靠加热不会发生聚合。在引发剂作用下 ，醋酸乙烯能在较缓和的条件下发生聚合。根据聚醋酸乙烯的不同用途，工
第七章 溶液聚合
缺点： （i）单体被溶剂稀释，聚合速率慢，产物分子量较低； （ii）消耗溶剂，溶剂的回收处理，设备利用率低，导致
成本增加； （iii）溶剂很难完全除去； （iv）存在溶剂链转移反应，因此必须选择链转移常数小
聚合温度 因单体沸点低，控制反应温度在80℃以下，一般为75～
78℃，反应温度范围内，T ↑，M↓。
原料杂质的影响 单体常含有氢氰酸、乙醛、乙腈等杂质，会影响反应速 率和聚合物分子量，NaSCN中某些杂质还会使纤维色泽 发生改变。所以单体及原料纯度必须控制。
聚合反应时间及转化率 控制在1.5～2小时，并达到一定聚合转化率（低转化率 50～55％，中转化率70～75％）即可停止反应。
的溶剂，否则链转移反应会限制聚合产物的分子量； （v）溶剂的使用导致环境污染问题。
溶剂 单体
引发剂 溶液
聚合物溶液
过 滤
溶液聚合
回收未反 应单体
＋非溶剂
聚合物沉淀
蒸馏
分离干燥
溶剂回收
聚合物固体
Fig. 7.1 溶 液 聚 合 方 块 流 程
7.2 溶剂的选择和影响
溶液聚合中由于溶剂存在，将对引发剂
但不溶解聚合物，聚合产物以沉淀析出。纺丝须将 沉淀的产物分离出来，再溶解后得纺丝原液，才可 进行纺丝。此法称为“二步法”。
常见腈纶是以丙烯腈为主的三元共聚物，第二单
体主要是丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等(目的：改善 丙烯腈的脆性，增加柔性和弹性）。用量为3～12 ％。第三单体主要是衣康酸、甲基丙烯磺酸钠、 丙烯磺酸钠、乙烯基吡啶等含酸碱性基团的乙烯 基单体（须含可与染料结合的基团），作用是改 进腈纶纤维的染色性，用量通常为1～3％。
第七章 聚乙烯醇纤维2
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章第七章 聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维是聚乙烯醇缩甲醛纤维的简称，商品名称维纶、维尼纶。
1939年研制成功，1950年日本仓敷人造丝公司工业化生产。
我国1964年在北京引进日本设备建立的第一个维尼纶厂开始投产，随后又兴建了一批年产量万吨的维尼纶厂。
优点：强度高、吸湿性好、耐日晒、外观和性能和棉花相似，短纤维主要和棉混纺。
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章缺点：染色性差、耐热水性差、尺寸稳定性差。
作为服用纤维很少，主要用于工业、农业、渔业：①纤维增强材料：塑料用增强材料、代替石棉作水 泥石棉板、建筑陶瓷。
②渔网、绳索、帆布。
③水溶纤维：基布、高性能纱线。
④仓装材料：具有良好的耐日光性、耐气候性、强 度高、耐磨性好。
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章第六章聚乙烯醇纤维四、纤维级PVA性质DP 1750±50 残存醋酸根 ＜0.2％ 醋酸钠＜7％。
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章第三节聚乙烯醇的原液制备一、原液制备流程PVA→水洗→脱水→溶解→混合→过滤→脱泡→纺丝原液1.水洗目的:①降低PVA中NaAc含量，使之＜0.2％，减少热处理时的碱性着色②除去过低分子量PVA，改善分子量分布③使PVA适度膨润，以利于溶解聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维第六章第六章水洗温度：30～40℃水洗设备：长网式水洗机长网水洗机的尾部装有三对压辊，调节其压力可以控制PVA含水量。
一般含水率控制在60～65％。
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章2.溶解溶解温度：95～98℃，原液浓度：14～18％，一般16％3.过滤板框式过滤机去除微量未溶解的溶胀体和机械杂质4.脱泡一般采用常压静置脱泡98℃下4～6h。
聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章第六章聚乙烯醇纤维第四节 聚乙烯醇的湿法纺丝及热处理一、湿法纺丝聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章1.凝固浴各组分对成形的影响凝固浴组成：Na2SO4 410~420g/l ZnSO4 1~5g/l①Na2SO4使丝条脱水凝固成形含量↓↓成形缓慢，且稳定性↓，皮层薄，纤维强度↓伸长↑↑↑Na2SO4易析出，损伤丝条造成毛丝，凝固浴循环量②ZnSO4控制纤维色相（强酸弱碱盐、水溶液pH3.35 ）聚乙烯醇纤维第六章聚乙烯醇纤维第六章第六章第六章 聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维环量，即补充新鲜溶液，排除稀释后得溶液，一般控制落差10～12g/l 。
第七章 聚乙烯醇纤维
2，纺丝成型
一般用湿法纺丝生产短纤维，用干法纺丝制 备一些专用长丝。 湿法纺丝的凝固剂常采用脱水能力较强的硫 酸铵等电解质溶液。
3、后加工
包括拉伸、热处理、缩醛化、水洗、上油干燥等工序 1）拉伸及热处理：
经过拉伸和热处理，纤维的机械强度和结晶 度大大提高，使纤维能够承受后续的缩醛化处 理。
3）缩醛化处理：利用甲醛适当封闭纤维无定形 区内的部分羟基，以降低其亲水性，提高纤维 的耐热水性，使原来在水中的软化点（90℃） 提高到110℃以上。
7.5 的用途
主要以短纤维为主，由于形状很像棉，常与 棉混纺。 用途： 1）纤维增强材料 2）鱼网 3）绳缆 4）帆布 5）包装材料，非织造布滤材，土工布
缩醛化一般用硫酸作为催化剂，甲醛作为醛化剂， 主要分子内构成相邻羟基的内缩合，极少部分也 发生分子间缩合。
在缩醛化反应中，除了发生化学反应外，纤维还发 生溶胀和松弛，使其物理性能有所降低，染色性 能也有所变化。 缩醛度（摩尔分数）：进入缩醛化反应的羟基数占 大分子上原来所含全部羟基数的百分数。一般为 30-36%。低于20-30%时，溶胀起主要作用，能破 坏湿法形成的表皮结构，释放出部分自由羟基而 使染色性改善，高于20-30%时，封闭羟基起主导 作用，使染色性下降。
第七章 聚乙烯醇纤维
7.1 概述
聚乙烯醇纤维的常规产品是聚乙烯醇缩甲 醛纤维，国内简称维纶。 1924年发现聚乙烯醇，但由于其水溶性，不 适合作纺织纤维； 1939年研究成功聚乙烯醇纤维的热处理及缩 醛化处理，使纤维具有良好的耐热水性和 机械性能，于1950年产业化。
7.2 聚乙烯醇的制备及其性能
7.4 维纶的结构
维纶纤维的截面是腰子型，有明显的皮芯结构， 皮层结构致密，而芯层有很多空隙，空隙与成形 条件相关。 一般经热处理后纤维的结晶度为60-70%。
聚乙烯醇纤维及聚氯乙烯纤维
-18-化纤文摘2007年第3期（第36卷）7.聚乙烯醇纤维及聚氯乙烯纤维TQ346.24-346.2520073109含聚乙二醇交联剂的亲水性聚乙烯醇的合成Y amahe T.…;Kobunshi Ronbunshu,2004,61（2），p.149（日）含有聚乙烯醇（P V A）和聚乙二醇单元的新型亲水性交联聚合物合成时，用硫酸作为脱水催化剂。
当聚乙二醇的分子量较高时，反应程度较低，而用低分子量的聚乙二醇作为交联剂时，反应程度较高。
（涂君植）聚乙烯醇交联反应亲水性聚乙二醇20073110聚乙烯醇粘合纤维及其组成的纸或非织造物Kamada H.;US-6924030（2004.3.10）（日）PVA粘合纤维具有下列特点：最多30%横截面圆形度，在30℃水中的膨胀度至少为100%，在水中的溶解度最大为20%，该纤维甚至能在低能干燥条件下进行加工。
例如，在热空气干燥系统（例如，气流干燥器）中进行高速干燥；或者在多辊筒体系中；或者类似造纸和高强非织造物的体系中进行低温干燥。
（涂君植）聚乙烯醇纤维粘合性溶解度非织造物20073111提高擦拭性能的改性聚乙烯醇超细纤维网层压非织造布大和纺绩；JP2005-120504（2005.5.12）（日）非织造布（A1）包括d.p.f.≤0.9dtex的超细纤维层，包括被层压到合成聚合物纤维（B）层两侧的改性聚乙烯醇（A），用水缠结方法结合在一起；或者非织造物由基本上为一种A聚合物组分和一种聚烯烃组分的超细纤维上述A1非织造布构成；或者非织造布由含d.p.f.≤0.9dtexB的上述A1非织造布构成。
非织造布制造包括下述步骤：（a）在可分离组分的共轭纤维网两侧，以A聚合物作为≥1组分，与热收缩合成纤维网层压，（b）露出A聚合物超细纤维，同时用水缠结方法连接网，（c）热处理层压物，使面积收缩≤10%。
摩尔比38∶62的乙烯-乙烯醇共聚物和聚丙烯纺制的可分离组分纤维梳理网，将其夹在两层尼龙6和PET可分离组分的纤维网中间，形成一张层压网。
聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维-结构与性能
e.连接方式
➢有“头一尾”相连、“头一头”或“尾一 尾”连接。
➢“头一尾”结构的聚乙烯醇，羟基的排列 规整，有利于大分子的取向和结晶，纤维 的力学性能和耐热水性能好。
聚乙烯醇纤维-概述
– 绳缆 维纶绳缆质轻、耐磨、不易扭结， 具有良好的抗冲击强度、耐气候性并耐 海水腐蚀，在水产车辆、飞机、船舶、 运输等方面有较多应用。
– 帆布 维纶帆布强度好飞质轻、耐摩擦和 耐气候性好，它在运输、仓储、建筑、 农林等方面有较多应用。
– 另外，维纶还可制作包装材料、非织造 布滤材、土工布等。
后形成分子量不等的聚乙烯醇。 ➢ 聚乙烯醇分子量分布将影响纤维的强度及其它性
能。 ➢ 适合纺丝的聚乙烯醇分子量分布为2-3.5 ➢ 聚乙烯醇羟基在大分子上的位置不同，可分为等
规立构（I-PVA），间规立构（S-PVA）和无规立 构（A-PVA）三种立体结构。
聚乙烯醇纤维-结构与性能
聚乙烯醇分子量分布 宽度与纤维强度的关 系
聚乙烯醇纤维-结构与性能
c. 醇解度
➢醇解度决定纤维性质，影响分子间作用力。 ➢大分子上存在体积较大的醋酸根，不但阻
碍纤维中大分子的取向和结晶，而且降低 了分子间的作用力。 ➢醇解度愈低，大分子链上所含醋酸根愈多， 纤维强度愈低，水溶性愈好。
聚乙烯醇纤维-结构与性能
聚乙烯醇纤维-结构与性能
d. 立体结构
聚乙烯醇纤维-概述
1963年8月，我国从日本可乐丽公司引进年产1万 吨的维纶成套生产装置并在北京顺义建设北京维 尼纶厂。1965年投产。
高强度聚乙烯醇纤维结构与性能研究
前言与棉纤维相比，聚乙烯醇（）纤维的强PVA 度、耐磨性、耐光性、耐腐蚀性等优良，密度小，吸湿率与棉纤维相近，有合成棉花之称，因此，早期在日本、朝鲜、中国等都是以民用为主。
由于服用性能更加优良的聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等纤维品种的出现和后来居上，纤维PVA 在服用领域的优势逐渐减弱，世界总产量也相应降低。
自世纪年代以来，纤维的应用 20 70 PVA 逐渐由服用转向工农业、渔业、医用等方面，高性能及功能纤维品种如高强高模纤维、中空 PVA 纤维、水溶性纤维、细特和超细特纤维、离子交换纤维、含氯纤维、医用纤维等相继问世，使 纤维再次呈现快速发展趋势。
其中，对高强PVA 度纤维的研究与开发一直受到人们的重视， PVA 特别是纤维的出现，打破了高强高模 UHMW-PE 纤维只能由刚性成纤高分子制取的传统观念，为开发高强度纤维提供了科学和实践依据。
PVA 制备方法1 高强度纤维的成形，一般多采用湿法加 PVA 硼纺丝、凝胶纺丝、直接醇解纺丝等工艺技术。
常用的溶剂如二甲基亚砜（）、二甲 PVA DMSO 基甲酰胺（）、乙二醇、丙三醇、水或混合DMF 溶剂等，而凝固剂主要为甲醇、乙醇、丙酮、十氢化萘等。
湿法加硼纺丝方法是制备高强度纤维较 PVA 早采用的技术，由日本仓敷人造丝公司于世纪20 年代末提出。
在水溶液中易形成分子内60 PVA 和分子间氢键，使大分子呈无规线团状而相互缠结，易产生胶粒并使溶液粘度增大或形成凝胶。
硼、铜，钛等化合物在适当条件下可与发生 PVA 交联，抑制纺丝过程中大分子结晶，易于初生纤维的后拉伸。
在水纺丝溶液中加入硼酸，使 PVA/其与形成交联结构，可抑制分子内或 PVA PVA 分子间氢键的形成以及减小大分子缠结程度等。
例如，以碱性盐溶液为凝固剂湿法成形，硼酸交联，经中和、水洗、拉伸及热处理后，可制成强度约和耐℃热水的高强度 13 cN/dtex 120 PVA 纤维。
国内在湿法加硼纺丝工艺方面也进行了很多卓有成效的工作，采用该技术纺制的纤维 PVA 强度、模量和断后伸长分别可达～、 1013 cN/dtex ～和～。
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在后回收，当回收液对棉层喷淋时，附在纤维上的缩 醛化液被回收液置换，纤维从后回收液部带出的甲醛、 H2SO4减少，后回收的返回液由于吸收了缩醛化液而变浓， 两种返液在总管路中混合回到循环槽，构成循环液自身的 循环系统。
时间应不少于10～12s，浴中浸 长不宜短于1.2～1.8m。
三、后加工 ⒈拉伸
维纶湿法纺丝及热处理过程中的拉伸是分多级 实现的。
喷出速度
离洛速度 第一导丝盘速度 第二导丝盘速度 干燥机速度
拉伸机速度
喷丝头 导杆拉伸 拉伸
导丝盘拉伸
湿热拉伸
干热拉伸
拉伸率/％ -10~-30
温度/℃
45
介质
凝固浴
另外，还可以引入共聚组分，改变PVA分 子链的化学结构和规整度，降低分子间、分子 内羟基作用，以提高其水溶性。如将醋酸乙烯 酯等乙烯酯类单体和具有能产生羧酸及内酯环 的单体（如丙烯酰胺）共聚得到乙烯酯类聚合 物，在甲醇或二甲基亚砜（DMSO）溶液中皂化 ，可以得到改性PVA。
二、水溶性纤维的制备方法
缩醛度：进行缩醛化反应的羟基数与大分 子原来所含全部羟基数之比。
短纤维缩醛度为33～35％（热处理后：纤 维结晶度已达60％）。
⑷缩醛化温度
T↑，缩醛化反应速度↑，甲醛挥发量↑并恶 化劳动条件，一般控制在70℃。
⑸缩醛化时间
喷淋式为20～30min，浸没式为10～ 12min。
⒋温水洗
目的是把附在纤维上的甲醛和H2SO4洗掉， 水洗方式是喷淋式多次洗涤、多次榨液，温水 洗液含NaOH为1g/L，温度70～80℃。
⒈湿法纺丝
湿法纺丝以水为溶剂，芒硝溶液为凝固浴， 选择合适的聚合度和醇解度的PVA，以适宜的 工艺条件，可制得水溶温度较高的水溶性纤维。 此法的优点是产量高、成本低。
其缺点是工艺难度大，难以生产不含 Na2SO4而能溶于80℃以下水中的PVA纤维，我 国多采用湿法纺丝工艺生产水溶温度在70～ 90℃的水溶性纤维。对于不能水洗的水溶性 PVA纤维也可采用有机溶剂进行湿法纺丝。
可以看出:
后回收的任务是把附在纤维上的缩醛化液 中的甲醛和H2SO4回收。
前回收的任务是把回收的甲醛和H2SO4送 回缩醛化浴液中。
回收液中甲醛和H2SO4的浓度一般为缩醛 化液的一半左右，如：甲醛为10～13g/L，硫 酸为110～120g/L。
第四节 水溶性聚乙烯醇纤维
水溶性PVA纤维是一种功能性差别化纤维。 它不仅具有理想的水溶温度、强度和伸度，有 良好的耐酸、耐碱、耐干热性能，而且溶于水 后无味、无毒，水溶液呈无色透明状，在较短 的时间内能自然分解，对环境不产生任何污染 ，是优良的绿色环保产品。 一、水溶性聚乙烯醇纤维原料
缩醛化基本反应为：
CH2 CH CH2 CH CH2
OH
OH
+ HCOH H+
CH2 CH CH CH CH2 +H2O O CH2 O
⑵缩醛化浴组成（短纤维）
HCHO （g/L） 25±2 缩醛化剂
H2SO4（g/L） 225±3 催化剂 Na2SO4 （ g/L ）70±3 阻溶胀剂（由纤维带入） ⑶缩醛度
HC CH + 3H2
CH2
CH2
+ CH3COOH
+21
O 2
CH2 CH +H2O O COCH3
醋酸乙烯生产的发展方向：
电石乙炔法→天然气乙炔法→乙烯法 二、醋酸乙烯的聚合
醋酸乙烯一般采用溶液法聚合，反应容易 控制，产品质量较好。以甲醇为溶剂的聚合过 程反应如下：
主反应：
n H2C=CH ─→ -[ H2C─CH ]-n + 89kJ／mol
四、凝固浴回收
在纺丝过程中从纺丝原液脱出的大量水分 转入凝固浴，丝条从凝固浴中引出时要带走一 些溶液，为使生产保持稳定进行，凝固浴中增 多的水分应除去，消耗掉的H2SO4、ZnSO4应 予补充，以维持溶液的总量和组成稳定，另外 凝固浴的温度也应不断调整以满足纺丝的要求。
循环槽内的回收液从加热器打出后，主管上分出两路：
②ZnSO4控制纤维色相（强酸弱碱盐、水溶液 pH=3.35）
适当加入可增加纤维白度，过多将影响凝 固能力。
③酸度
过低会使纤维着色，酸度的调节可以加入 H2SO4，其中的HAc由NaAc水解而得。 ⑵凝固浴温度对成形的影响
T↑ 双扩散速度增大，凝固能力↑ ↑ 初生纤维溶胀度↑，凝固速度↓
一般在43～45℃
2009年1-12化纤产量完成情况
世界上生产维纶的国家不多，主要有中国、日 本、朝鲜，我国维纶生产能力和产量占世界第 一位。
维纶纤维的特点是强度高、吸湿性好（合成纤 维中吸湿性最好）、耐腐蚀、耐日晒，外观和 性能与棉花相似，短纤维主要和棉混纺。
它的主要缺点是染色性差（染着量不高、色泽 不鲜艳），这是因为纤维具有皮芯结构和经过 缩醛化后部分羟基被封闭的缘故。其次维纶耐 热水性较差。
OH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2 C CH2 CH CH2 CH
OH
OH
OH
O
OH
OH
CH2 C CH CH CH2 CH
O
OH
CH C CH CH CH CH CH CH O
第三节 聚乙烯醇纤维的生产
一、纺丝原液的制备 PVA→水洗→脱水→精制PVA →溶解→混
合→过滤→脱泡→纺丝原液 ⒈水洗和脱水
⑴缩醛化反应
在聚乙烯醇大分子上每个链节都含有一 个羟基，经过纺丝，拉伸、热处理后，纤维的 结晶度可达60％。就是说一部分大分子上的羟 基被纳入了晶格，成为被束缚的羟基，反应在 纤维上其耐热水性有所提高。
但是在非晶区部分还有一些自由羟基。为 了进一步提高纤维的耐热水性，要把这一部分 羟基封闭掉，缩醛化反应的实质就是使用甲醛 与这一部分羟基反应，构成分子内缩合，从而 使纤维的耐热水性和玻璃化温度有所提高。
前两次水洗主要是洗掉纤维上的甲醛和 H可2除SO去4，甲后醛两99次％洗，涤H目2S的O主4全要部是除中去和，。纤水维洗上后 附有微量的碱。
⒌上油
降低纤维摩擦系数和电阻值，以适合纺织 加工。
⒍干燥、冷却、调湿
干燥――脱除水分
调湿――使水分趋近于维纶的平衡水分， 使成品在贮存、运输过程中含水率变化较小， 均匀性好。
目的： ⑴降低PVA中NaAc含量，使之＜0.2％， 减少热处理时的碱性着色； ⑵除去低分子量PVA，改善分子量分布； ⑶使PVA适度膨润，以利于溶解。
水洗温度：30～40℃（耗水量10t/tPVA） 水洗设备：长网式水洗机（网槽结合式水 洗机） 长网水洗机的尾部装有三对压辊，调节其 压力可以控制PVA含水量。一般含水率控制在 60～65％。
维纶作为服用纤维产量越来越少，而转向 工业、农业、渔业等方面。
主要用途：
①纤维增强材料：a、塑料用增强材料；b、 代替石棉作水泥石棉板、建筑陶瓷。
②渔网、绳索、帆布。
③帘子线：高强度维纶可作为散热量不太 大的轮胎帘子线。
④仓装材料：具有良好的耐日光性、耐气 候性、强度高、耐磨性好。
第二节 聚乙烯醇的制备及性质
游离态的乙烯醇是不能单独存在的，它会 自发的进行重排转变为乙醛
H2C CH OH
O H3C C H
所以用醋酸乙烯为单体进行聚合，然后将 制得的聚醋酸乙烯进行醇解，而制得聚乙烯醇。
一、醋酸乙烯的合成 ⒈乙炔法 ⑴电石乙炔法
CaC2 +2H2O
HC CH + Ca(OH)2
⑵天然气乙炔法
2CH4
⒉乙烯法
静置脱泡，98℃下4～6h。
二、纺丝成型 ⒈湿法纺丝
聚乙烯醇纤维的纺丝流程与其它湿纺化纤 很类似，纺丝原液送至各纺丝位，经计量泵、 烛形过滤器流至喷丝头，从喷丝头挤出以后形 成细流在凝固浴中凝固形成纤维。
聚乙烯醇湿法纺丝用的凝固浴有无机盐水 溶液、NaOH水溶液及有机溶剂等，使用最广 泛的是Na2SO4水溶液。
但聚合度降低，可纺性变差。日本专利中使用 低聚合度（小于800）组分与高聚合度（大于 1000）组分进行混合纺丝，制得的纤维可纺性 及水溶性都比较理想。
PVA的醇解度对纤维水溶性的影响也很大。
残余乙酰基将妨碍大分子的紧密排列，使结晶 性变差，水溶温度降低。
但是，残余乙酰基的存在，会影响初生纤 维的拉伸性能，使断丝、毛丝增多，还会影响 纤维着色，因此水溶性PVA的醇解度应有一适 当水平。
15 室温 空气
155 室温 空气
66 90 二浴
48 210～230
空气
喷出速度
离洛速度 第一导丝盘速度 第二导丝盘速度 干燥机速度
拉伸机速度
喷丝头 拉 伸
导杆拉伸
导丝盘拉伸
湿热拉伸
干热拉伸
拉伸率/％ -10~-30
温度/℃
45
介质
凝固浴
15 室温 空气
155 室温 空气
66 90 二浴
COOCH 3
副反应
( ) CH2 CH
+ CH3COOCH3
OH n
( ) CH2 CH n + n NaOH
COOCH 3
( ) CH2 CH n +n CH3COONa
OH
CH3COOCH 3 +Na OH
CH3COONa + CH3OH
四、聚乙烯醇的性质
⒈物理性质
聚乙烯醇的的熔点难以直接测定，用间接 法测得其熔点在230 ℃左右，且不同立规程度 的聚乙烯醇具有不同的熔点。玻璃化温度约 80℃。